(57)【要約】【課題】ドライブ回路に接続された並列共振回路を有し、電磁結合により受信側への通信を行う送信用アンテナ装置において、装置の小型化を図る。【解決手段】並列共振回路を構成するインダクタンス要素を互いに並列接続された複数のコイル要素２０から構成し、また、コイル要素２０を複数の分割コイル要素２２から構成する。並列接続されたコイル要素２０を互いに相互誘導の作用下に配置し、並列接続されたコイル要素の合成のインダクタンスを互いの相互インダクタンスによって調整されたインダクタンスとする。【選択図】図４
2010124261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライブ回路に接続された並列共振回路を有し、電磁結合により受信側への通信を行う送信用アンテナ装置において、
並列共振回路を構成するインダクタンス要素を互いに並列接続された複数のコイル要素から構成し、並列接続されたコイル要素を互いの相互誘導の作用下に配置し、並列接続されたコイル要素の合成のインダクタンスを相互インダクタンスによって調整されたインダクタンスとすることを特徴とする送信用アンテナ装置。
【請求項２】
前記複数のコイル要素を、互いに積層して配置することを特徴とする請求項１記載の送信用アンテナ装置。
【請求項３】
前記コイル要素をさらに、互いに直列接続された複数の分割コイル要素から構成することを特徴とする請求項１または２記載の送信用アンテナ装置。
【請求項４】
前記分割コイル要素を、互いに積層して配置することを特徴とする請求項３記載の送信用アンテナ装置。
【請求項５】
前記コイル要素または前記分割コイル要素を、矩形形状に巻回されたコイルから構成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の送信用アンテナ装置。
【請求項６】
前記コイル要素または分割コイル要素を、プリントエッチングにより形成されたコイルパターンで構成することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の送信用アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライブ回路に接続された並列共振回路を有し、電磁結合により受信側への通信を行う送信用アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の送信用アンテナ装置としては、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１においては、位相シフトキーイング方式に基づいて変調した送信信号で、電磁結合用の並列共振回路を駆動して、送信信号の発信を行っている。
【０００３】
このような並列共振回路で構成される送信用アンテナ装置において、並列共振回路のインダクタンス要素を構成するコイルは、ループ状に巻回された円形コイルが使用される。電磁結合のための磁束は、コイルの開口面積、巻数、電流によって決まる。
【０００４】
かかる送信用アンテナ装置において、装置の小型化を図る場合、円形コイルの外形を小さくすることが考えられる。しかしながら、円形コイルの外形を小さくすると、それに応じて開口面積が小さくなるために、磁束が小さくなり、受信装置に対する通信距離及び通信可能オフセット距離（即ち、通信距離に直交する横幅距離）が小さくなる、という問題がある。
【０００５】
そこで、コイルの巻数を増加させることが考えられるが、巻数を増やすと、コイル抵抗が上がるためにインダクタンスを流れる電流が下がり、結果として、磁束を確保することができず、受信側との通信距離及び通信可能オフセット距離を確保し、または通信距離及び通信可能オフセット距離をのばすことができない、という問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−８３３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明はかかる課題に鑑みなされたもので、その目的は、通信距離及び通信可能オフセット距離を確保しつつ装置を小型化することができ、または装置を大型化することなく通信距離及び通信可能オフセット距離をのばすことができ、または、装置の小型化と共に通信距離及び通信可能オフセット距離をのばすことができる送信用アンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、ドライブ回路に接続された並列共振回路を有し、電磁結合により受信側への通信を行う送信用アンテナ装置において、
並列共振回路を構成するインダクタンス要素を互いに並列接続された複数のコイル要素から構成し、並列接続されたコイル要素を互いの相互誘導の作用下に配置し、並列接続されたコイル要素の合成のインダクタンスを相互インダクタンスによって調整されたインダクタンスとすることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、前記複数のコイル要素を、互いに積層して配置することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のものにおいて、前記コイル要素をさらに、互いに直列接続された複数の分割コイル要素から構成することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のものにおいて、前記分割コイル要素を、互いに積層して配置することを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のものにおいて、前記コイル要素または前記分割コイル要素を、矩形形状に巻回されたコイルから構成することを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のものにおいて、前記コイル要素または分割コイル要素を、プリントエッチングにより形成されたコイルパターンで構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、インダクタンス要素を構成するコイル要素の外形を小さくし、結果として開口面積を小さくし、巻数を増やしたとしても、そのコイル要素を並列接続することにより、合成のコイル抵抗を小さくすることができる。一方、合成のインダクタンスに関しては、相互インダクタンスを利用して調整して、所定のインダクタンスに維持する。これによって、送信用アンテナ装置の小型化を図りつつも、インダクタンス要素を流れる電流の低下を防ぎ、磁束を維持して、通信距離及び通信可能オフセット距離を維持することができる。
【００１５】
または、インダクタンス要素を構成するコイル要素の開口面積を維持し、巻数を増やしたとしても、そのコイル要素を並列接続することにより、合成のコイル抵抗を小さくすることができる。一方、合成のインダクタンスに関しては、相互インダクタンスを利用しこれを調整して、所定のインダクタンスに維持する。これによって、インダクタンス要素を流れる電流を大きくすることができ、磁束を大きくして、通信距離及び通信可能オフセット距離をのばすことができる。
【００１６】
さらには、巻数の増加、及び並列接続する段数などを調整することで、送信用アンテナ装置の小型化を図ると共に通信距離及び通信可能オフセット距離をのばすことができる。
【００１７】
コイル抵抗を小さくすることができるので、Ｑを大きくすることができて、電力効率を上げることができる。
【００１８】
コイル要素を互いに積層して配置することにより、相互誘導による作用を互いのコイル要素に与えることができる。
【００１９】
また、コイル要素をさらに互いに直列接続された複数の分割コイル要素から構成することにより、各分割コイル要素の巻数を抑え、各分割コイル要素の開口面積の減少を防ぐことができる。
【００２０】
分割コイル要素を互いに積層して配置することにより、各分割コイル要素の開口面積の減少を防ぐことができる。
【００２１】
また、矩形形状にコイルを巻回することにより、円形形状に比較して、小さい外形寸法で開口面積を確保することができる。
【００２２】
プリントエッチングにより形成されたコイルパターンを用いることにより、積層に適したものとし、コイル抵抗を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明の基本原理を表すための説明図である。
【００２４】
例えば、送信機１０と受信機３０としては、送信機としてリーダライタとし、受信機としてデータの格納された不揮発性メモリを有するメモリタグまたはメモリカードとすることができる。
【００２５】
送信機１０は、ドライブ回路１２と、ドライブ回路１２に接続された並列共振回路１４とを有している。並列共振回路１４は、キャパシタンス要素１６とインダクタンス要素１８とが並列に接続されており、この並列共振回路１４が送信用アンテナ装置を構成しており、図２に示すように、インダクタンス要素１８によって形成される磁束Φによって受信機の受信用アンテナ装置であるインダクタンス要素３２に電流が誘導されることにより、通信が行われる。
送信用アンテナ装置によって受信機側に形成される磁束Φは、
【００２６】
【数１】
2010124261.tif 000003
で表すことができる。ここで、Ｂは磁束密度、μ0は透磁率、Ｎ、Ｄ、Ａはそれぞれインダクタンス要素１８のコイル巻数、半径、開口面積、Ｘは送信機１０と受信機３０との間の距離、Ｉはインダクタンス要素１８のコイルを流れる電流である。
【００２７】
（１）式から、磁束Φは、コイル巻数Ｎ、開口面積Ａに依存し、コイル巻数Ｎ及び開口面積Ａが大きくなれば大きくなることが分かる。
【００２８】
送信用アンテナ装置の小型化を図るために、インダクタンス要素１８の外形を小さくすると、開口面積Ａは小さくなり、磁束Φは小さくなってしまう。磁束Φの低下を防ぐためには、コイル巻数Ｎを増やす必要がある。
【００２９】
次に、並列共振回路について検討する。
【００３０】
図３に示すように、供給電流をＩ0、インダクタンス要素１８のインダクタンスをＬ、コイル抵抗をＲ、キャパシタンス要素１６のキャパシタンスをＣ、共振周波数ω0、ドライブ回路１２からの供給電圧をＶ0とする。
供給電流Ｉ0は、
【００３１】
【数２】
2010124261.tif 000004
と表すことができる。また、循環電流ＩLは、
【００３２】
【数３】
2010124261.tif 000005
と表すことができ、Ｑは、
【００３３】
【数４】
2010124261.tif 000006
と表すことができる。
【００３４】
（３）、（４）式より、コイル抵抗Ｒを小さくすれば、循環電流ＩLを大きくすることができ、Ｑも大きくすることができることが分かる。
【００３５】
しかしながら、上述のように、開口面積Ａを小さくしつつ磁束Φの低下を防ぐためには、コイル巻数Ｎを増やすことが必要であるが、そうすると、コイル抵抗Ｒが大きくなり、循環電流ＩLが小さくなる、というジレンマとなる。
【００３６】
以上の通り、装置の小型化を図り、通信距離をのばす、ということは相反する問題である。
【００３７】
そこで本発明では、インダクタンス要素１８として、図４に示したように、複数の並列接続されたコイル要素２０から構成し、これらコイル要素２０を積層する。
【００３８】
さらに、各コイル要素２０は、互いに直列接続された複数の分割コイル要素２２から構成し、これらの分割コイル要素２２を積層する。
【００３９】
各分割コイル要素２２は、平面基板２４にプリントエッチングによりコイルパターン２６が形成されたものとし、コイルパターンは、矩形形状を描くようにする。また、コイルパターン２６上に銅管等を半田付けすることにより、コイル抵抗をなるべく小さくすると好ましい。
【００４０】
コイルパターン２６が形成された基板２４は、適宜、スペーサ２８を介して積層され、これによって、並列接続されるコイル要素２０が互いの相互誘導の作用下に配置されるようにする。
【００４１】
以上のように構成される送信用アンテナ装置の作用を説明する。
各コイル要素２０を並列接続することによって、全体のコイル抵抗Ｒは、１つのコイル要素２０の抵抗よりも小さくすることができる。
【００４２】
２つのコイル要素２０を並列接続する場合を例にとって説明する。
２つのコイル要素２０のコイル抵抗をそれぞれＲ1、Ｒ2とすると、合成のコイル抵抗Ｒは、
【００４３】
【数５】
2010124261.tif 000007
となり、１つのコイル要素２０のコイル抵抗のときよりも小さくすることができる。
【００４４】
一方、インダクタンスに関しても、同様に、並列接続により全体のインダクタンスが小さくなるが、相互誘導の作用下に配置することで、相互インダクタンスにより調整したインダクタンスとすることができる。２つのコイル要素２０のインダクタンスをそれぞれＬ1、Ｌ2とし、相互インダクタンスをＭとすると、
合成のインダクタンスＬは、
【００４５】
【数６】
2010124261.tif 000008
となる。相互インダクタンスは、コイル要素２０同士の距離に依存するからスペーサ２８を適宜調整することにより、インダクタンスＬが小さくなりすぎないように調整する。
【００４６】
この構成によって、従来の共振並列回路と比較して、インダクタンスＬを変えずに（よって共振周波数を変えずに）、コイル抵抗Ｒのみを小さくすることができる。
【００４７】
そのため、各コイル要素２０の巻数Ｎを増やして各コイル要素２０を小型化することによって、装置全体を小型化することができる。また、コイル抵抗が小さくなるために、循環電流ＩLを増加させて、磁束を増加させ、通信距離（図２のｘ方向）、通信可能オフセット距離（図２のｙ方向の送信側コイルと受信側コイルの通信可能距離）をのばすことができる。さらには、Ｑが大きくなるために、電力効率も上げることができる。
【００４８】
さらに、各コイル要素２０を、積層した分割コイル要素２２の直列和で構成することによって、コイル巻数を増加させるのに伴い、開口面積Ａが必要以上に小さくなることを防ぐことができる。即ち、平面基板２４にコイルパターン２６を形成する場合、外形寸法を大きくしないように内側にコイルパターン２６を形成して巻数を増やすと、開口面積Ａがその分小さくなってしまう。そこで、各コイル要素２０をそれぞれ平面基板２４に形成されたコイルパターン２６からなる複数（Ｍ個）の分割コイル要素２２とし、各コイル要素２０の巻数Ｎに対して、各分割コイル要素２２の巻数をＮ／Ｍとすることにより、開口面積Ａの減少を抑えることができる。
【００４９】
また、直列接続された分割コイル要素２２を積層することで、これらの分割コイル要素２２同士の相互誘導の影響も受けるために、この分割コイル要素２２間（同じコイル要素２０内の分割コイル要素２２同士の相互インダクタンス、及び異なるコイル要素２０内の分割コイル要素２２同士の相互インダクタンスを含む）との相互インダクタンスを利用して、インダクタンスＬを確保することができる。
【００５０】
また、コイルパターン２６は、円形形状ではなく、矩形形状となるようにすることにより、外形寸法に対する開口面積Ａを大きく確保することができる。
【００５１】
以上の並列共振回路からなる送信用アンテナ装置は、長中波帯（５００ｋＨｚ以下）及び短波帯（１３．５６ＭＨｚ）の通信に使用することができ、また、変調方式が振幅変調（ＡＳＫ）や周波数変調（ＦＳＫ）、位相変調（ＰＳＫ）の並列共振回路の送信ドライブ回路として使用できる。
【実施例】
【００５２】
比較例１
基板にプリントエッチングにより円形形状のコイルパターン（２巻）が形成された１つのコイル要素によってインダクタンス要素を構成した。円形形状のコイルパターンの外形の直径は２４８ｍｍとした。
【００５３】
実施例１
基板にプリントエッチングにより円形形状のコイルパターン（４巻）が形成された１つのコイル要素をスペーサを介して３個積層し、それらを並列接続することによってインダクタンス要素を構成した。円形形状のコイルパターンの外形の直径は１９０ｍｍとした。
【００５４】
実施例２
プリントエッチングにより形成された正方形形状のコイルパターン（４巻）が形成されたコイル要素をスペーサを介して３枚積層し、それらを並列接続することによってインダクタンス要素を構成した。正方形形状のコイルパターンの外形の一辺の長さは１９０ｍｍとした。
【００５５】
実施例３
プリントエッチングにより形成された正方形形状のコイルパターン（２巻）が形成された分割コイル要素をスペーサを介して２枚積層して直列接続することによってコイル要素（合計４巻）を構成し、さらにそのコイル要素をスペーサを介して３枚積層し、それらを並列接続することによって、合計６枚の基板の積層からなるインダクタンス要素を構成した。正方形形状のコイルパターンの外形の一辺の長さは１９０ｍｍとした。
【００５６】
いずれの実施例においても、それぞれの開口面積に対して巻数及びコイル要素及び／または分割コイル要素の間隔を調整することにより、合成のインダクタンスＬがほぼ同じ（４μＨ）になるようにした。
【００５７】
【表１】
2010124261.tif 000009
【００５８】
以上のように、比較例１と比較して実施例１，２，３は、コイル抵抗が下がり、いずれも通信距離がほとんど変わらずに、装置の小型化が達成されていることが分かる。さらに、実施例３は、小型化が達成されると共に通信距離がのびていることが分かる。
【００５９】
また、実施例３は比較例と比較して、図２のｘ＝３７０ｍｍ地点でのｙ方向における通信可能オフセット距離ものばすことができ、横幅方向の通信可能範囲も広がったことが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の基本原理を表す送信機と受信機の説明用ブロック図である。
【図２】本発明の基本原理を表す送信用アンテナ装置と受信用アンテナ装置の説明図である。
【図３】並列共振回路を表す回路図である。
【図４】本発明による並列共振回路を有する送信用アンテナ装置の回路図である。
【図５】本発明による送信用アンテナ装置の具体的構成例を表す斜視図である。
【符号の説明】
【００６１】
１２  ドライブ回路
１４  並列共振回路
１６  キャパシタンス要素
１８  インダクタンス要素
２０  コイル要素
２２  分割コイル要素
２６  コイルパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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